第三章 进程管理

进程控制：创建
• 再来看下面的一段程序，看看究竟会产生 多少个进程，程序的输出是什么？ • 实例forkChildOfChild.c
int main() { int i; for (i = 0; i < 2; i++) { if (fork() == 0) { printf("This is child process\n"); } else { printf("This is parent process\n"); } } }
– 一个程序可能有许多进程,而每一个进程又可以 有许多子进程. – 当程序被系统调用到内存以后,系统会给程序分 配一定的资源(内存,设备等等)然后进行一系列 的复杂操作,使程序变成进程以供系统调用
基本概念：进程的组成（一）
• 代码段
– 存放程序的代码。可以为机器中运行同一程序 的数个进程共享。
• 堆栈段
fork()总结
– 8.这个程序是在Shell下运行的，因此Shell进程 是父进程的父进程。父进程运行时Shell进程处 于等待状态，当父进程终止时Shell进程认为命 令执行结束了，于是打印Shell提示符，而事实
上子进程这时还没结束，所以子进程的消息打 印到了Shell提示符后面。最后光标停在This is
fork()总结
• 分析
– 1. 父进程初始化。 – 2. 父进程调用fork，这是一个系统调用，因此进 入内核。 – 3. 内核根据父进程复制出一个子进程，父进程 和子进程的PCB信息相同，用户态代码和数据 也相同。因此，子进程现在的状态看起来和父 进程一样，做完了初始化，刚调用了fork进入 内核，还没有从内核返回。
问题
• Linux操作系统是面向多用户的.在同一时间 可以有许多用户向操作系统发出各种命 令. 那么操作系统是怎么实现多用户的环境呢?
基本概念：程序与进程
• 程序：程序是一个包含可以执行代码的文 件,是一个静态的文件. • 进程：是一个开始执行但是还没有结束的 程序的实例。 • 程序与进程的关系：
进程控制：clone
• fork()与clone()函数的区别
– fork()函数复制时将父进程的所以资源都通过复 制数据结构进行了复制，然后传递给子进程， 所以fork()函数不带参数； – clone()函数则是将部分父进程的资源的数据结 构进行复制，复制哪些资源是可选择的，这个 可以通过参数设定，所以clone()函数带参数， 没有复制的资源可以通过指针共享给子进程。
the child的下一行，这时用户仍然可以敲命令， 即使命令不是紧跟在提示符后面，Shell也能正 确读取。
进程控制：exec()族
• 作用
– 用于启动一个指定路径和文件名的进程。
• exec函数族的特点体现在：
– 进程一旦调用了exec类函数，正在执行的程序 就被干掉了，系统把代码段替换成新的程序 （由exec类函数执行）的代码，并且原有的数 据段和堆栈段也被废弃，新的数据段与堆栈段 被分配，但是进程号却被保留。也就是说， exec执行的结果为：系统认为正在执行的还是 原先的进程，但是进程对应的程序被替换了。
进程控制：创建
• 运行结果
This is child process This is child process This is parent process This is parent process This is child process This is parent process
Fork()总结
第三章 进程管理
主讲：郝丽萍
目录
• 基本概念 • 进程控制：创建、睡眠、退出等 • 进程间通信
基本概念
• 进程的相关概念 • 进程的身份 • 多进程
– 进程控制
• fork()、exec()、wait()
– 进程间通信（IPC：InterProcess Communication）
• 管道 • FIFO • Unix Domain Socket
进程控制：创建
• 执行结果为：
This is child process This is child process This is parent process This is parent process
进程控制：创建
• fork在英文中是“分叉”的意思，这个名字 取得很形象。一个进程在运行中，如果使 用了fork，就产生了另一个进程，于是进程 就“分叉”了。当前进程为父进程，通过fork() 会产生一个子进程。对于父进程，fork函数 返回子程序的进程号而对于子程序，fork函 数则返回零，这就是一个函数返回两次的 本质。可以说，fork函数是Unix系统最杰出 的成就之一，它是七十年代Unix早期的开发 者经过理论和实践上的长期艰苦探索后取 得的成果。
进程控制：exec()族
• 应用：
– fork和exec的搭配巧妙地解决了程序启动另一程 序的执行但自己仍继续运行的问题
进程控制：exec()族
• int execl(const char *path, const char *arg, ...); • int execlp(const char *file, const char *arg, ...); • int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]); • int execv(const char *path, char *const argv[]); • int execvp(const char *file, char *const argv[]); • int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);
CLONE_PTRACE 若父进程被trace，子进程也被trace CLONE_VFORK 父进程被挂起，直至子进程释放虚拟内存资源 子进程与父进程运行于相同的内存空间（子进程共享了父进程虚存空间， CLONE_VM 没有自己独立的虚存空间不能称其为进程，称为线程 。父进程被挂起当 子线程释放虚存资源后再继续执行。） CLONE_PID 子进程在创建时PID与父进程一致 Linux 2.4中增加以支持POSIX线程标准，子进程与父进程共享相同的线程 CLONE_THREAD 群
进程控制：exec()族
• 实例2：对比 6个exec函数族 • 实例3：自定义 参数的exec函数族 • 实例4：运行指定的程序
进程控制：clone
• clone是Linux2.0以后才具备的新功能，它较 fork更强（可认为fork是clone要实现的一部 分），可以使得创建的子进程共享父进程 的资源，并且要使用此函数必须在编译内 核时设置clone_actually_works_ok选项。 • 函数原型
fork()总结
– 7. 父进程每打印一条消息就睡眠1秒，这时内核 调度别的进程执行，在1秒这么长的间隙里（对 于计算机来说1秒很长了）子进程很有可能被调 度到。同样地，子进程每打印一条消息就睡眠1 秒，在这1秒期间父进程也很有可能被调度到。 所以程序运行的结果基本上是父子进程交替打 印，但这也不是一定的，取决于系统中其它进 程的运行情况和内核的调度算法，如果系统中 其它进程非常繁忙则有可能观察到不同的结果。 另外，读者也可以把sleep(1);去掉看程序的运行 结果如何。
– 存放的是子程序（函数）的返回地址、子程序 的参数及程序的局部变量。
• 数据段
– 存放程序的全局变量、常数以及动态数据分配 的数据空间
基本概念：进程的组成（二）
• 注意
– 与代码段不同，如果系统中同时运行多个相同 的程序，它们不能使用同一堆栈段和数据段。
基本概念：进程特点
• 进程的特点
– 进程ID
进程控制：exec()族
• 实例1：讲解main函数的三个参数
– 对比main函数与execve()的参数
• 两个函数里的argv和envp是完全一一对应的关系。
– execve第1个参数path是被执行应用程序的完整路径， – 第2个参数argv就是传给被执行应用程序的命令行参数， – 第3个参数envp是传给被执行应用程序的环境变量。
– 函数原型：pid_t fork(); – 函数功能：创建进程 – 返回值：
• -1：创建失败（内存不足或者是用户的最大进程ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ已） • 0：创建子进程成功 • 子进程的ID：对于父进程来说
– 解释：
• 在程序设计中，父进程和子进程都要调用函数fork（） 下面的代码，而我们就是利用fork（）函数对父子进程 的不同返回值用if...else...语句来实现让父子进程完成不 同的功能。
– int clone(int (*fn)(void *), void *child_stack, int flags, void *arg);
• 返回值
– 创建进程的PID
进程控制：clone
• flags标志：标志用来描述你需要从父进程继承那些资源 • #include "sched.h"
含义 创建的子进程的父进程是调用者的父进程，新进程与创建它的进程成了“ CLONE_PARENT 兄弟”而不是“父子”
进程控制：clone
• 参数说明
– Fn：是函数指针，我们知道进程的4要素，这个 就是指向程序的指针 – child_stack：是为子进程分配系统堆栈空间（在 linux下系统堆栈空间是2页面，就是8K的内存， 其中在这块内存中，低地址上放入了值，这个 值就是进程控制块task_struct的值） – arg：传给子进程的参数
• 在系统里面只有进程没有程序,为了区分各个不同的 进程,系统给每一个进程分配了一个ID(就象我们的身 份证)以便识别.